一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法技术

本发明专利技术公开了一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，属于生物物理信息检测技术领域，测定装置使用时极板通过导线与LCR测试仪连接，两电极板将待测量植物叶片夹持住，并联模式同时测定不同夹持力下植物叶片生理电阻、生理阻抗和生理电容，进一步计算植物叶片生理容抗和生理感抗；依据Nernst方程，构建植物叶片的生理电阻随夹持力变化、植物叶片的生理容抗随夹持力变化以及植物叶片的生理感抗随夹持力变化模型，利用上述三个模型的各个参数联合计算不同类型介电物质转移百分数。本发明专利技术不仅可以快速、在线定量检测不同环境下不同植物叶片各种不同类型的介电物质转移百分数，而且可以用生物物理指标表征不同环境下不同植物叶片水分和物质在系统中的交流特征。

A METHOD FOR DETERMINING THE TRANSFER NUMBER OF DIELECTRIC SUBSTANCES IN PLANT LEAVE CELLS

The invention discloses a method for measuring dielectric material transfer number of plant leaf cells, which belongs to the field of biophysical information detection technology. When the measuring device is used, the electrode plate is connected with LCR tester through wires. The two electrode plates clamp the plant leaf to be measured and simultaneously determine the plant leaf physiology under different clamping forces in parallel mode. Resistance, physiological impedance and physiological capacitance were calculated to further calculate the physiological capacitance and physiological reactance of plant leaves. According to Nernst equation, the physiological resistance of plant leaves changed with the clamping force, the physiological capacitance of plant leaves changed with the clamping force and the physiological reactance of plant leaves changed with the clamping force were modeled. The transfer percentages of different types of dielectrics are calculated jointly by the parameters of the model. The invention can not only rapidly and quantitatively detect the percentage of different types of dielectric transfer in different plant leaves under different environments, but also can characterize the exchange characteristics of water and substances in different plant leaves under different environments with biophysical indicators.

【技术实现步骤摘要】
一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法
本专利技术属于生物物理信息检测
，具体涉及一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，可以快速、检测植物叶片水分和物质在系统中的交流特征，为植物叶片细胞膜的物质运输特性的阐述提供数据支撑。
技术介绍
细胞膜主要由脂质(主要为磷脂)(约占细胞膜总量的50％)、蛋白质(约占细胞膜总量的40％)和糖类(约占细胞膜总量的2％-10％)等物质组成；其中以蛋白质和脂质为主。磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架。在电镜下可分为三层，即在膜的靠内外两侧各有一条厚约2.5nm的电子致密带(亲水部分)，中间夹有一条厚2.5nm的透明带(疏水部分)。如图1所示，细胞膜对穿过它的电流所呈现的电阻称为膜电阻。由于细胞膜主要是由蛋白质和脂质构成，因此电阻率较大，因而细胞膜成为提供了生物组织电阻的主要部分。磷脂双分子层是构成细胞膜的基本支架。膜的靠内外两侧为亲水部分，中间为疏水部分。膜蛋白质主要以两种形式同膜脂质相结合：分内在蛋白和外在蛋白两种。内在蛋白以疏水的部分直接与磷脂的疏水部分共价结合，两端带有极性，贯穿膜的内外；外在蛋白以非共价键结合在固有蛋白的外端上，或结合在磷脂分子的亲水头上。如载体、特异受体、酶、表面抗原。占20％～30％的表面蛋白质(外周蛋白质)以带电的氨基酸或基团——极性基团与膜两侧的脂质结合；占70％～80％的结合蛋白质(内在蛋白质)通过一个或几个疏水的α-螺旋(20～30个疏水氨基酸吸收而形成，每圈3.6个氨基酸残基，相当于膜厚度。相邻的α-螺旋以膜内、外两侧直链肽连接)即膜内疏水羟基与脂质分子结合。这样的细胞膜结构导致其具有电容性和电感性。其中表面蛋白质(外周蛋白质)的种类和数量决定其电容的大小，结合蛋白质(内在蛋白质)尤其是其中的转运蛋白的种类和数量决定其电感的大小。细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白(carrierprotein)和通道蛋白(channelprotein)。载体蛋白又称做载体(carrier)、通透酶(permease)和转运器(transporter)，能够与特定溶质结合，通过自身构象的变化，将与它结合的溶质转移到膜的另一侧，载体蛋白有的需要能量驱动，如：各类APT驱动的离子泵；有的则不需要能量，以自由扩散的方式运输物质，如：缬氨酶素。通道蛋白与所转运物质的结合较弱，它能形成亲水的通道，当通道打开时能允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障，它保证了细胞内环境的相对稳定，使各种生化反应能够有序运行。但是细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才能完成特定的生理功能，因此细胞必须具备一套物质转运体系，用来获得所需物质和排出代谢废物。据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15～30％，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的三分之二。由此，也可以看出，细胞的物质转运能力是由细胞膜中表面蛋白质和结合蛋白质的种类和数量决定的。植物叶片细胞的输运能力与植物的水分代谢、光合产物的输运以及硝酸盐还原等众多生理活动有关。为了确定细胞膜上磷脂、表面蛋白质(外周蛋白质)和结合蛋白质(内在蛋白质)对细胞膜物质运转的贡献份额，本专利技术以植物叶片为考察器官，依据能斯特方程，联合推导出植物叶片的生理电阻随夹持力变化、植物叶片的生理容抗随夹持力变化以及植物叶片的生理感抗随夹持力变化模型，利用上述三个模型的各个参数联合计算不同类型介电物质转移百分数。本专利技术不仅可以快速、在线定量检测不同环境下不同植物叶片各种不同类型的介电物质转移百分数，测定的结果具有可比性，而且还可以用生物物理指标表征不同环境下不同植物叶片水分和物质在系统中的交流特征，确定细胞膜上磷脂、表面蛋白质和结合蛋白质对细胞膜物质运转的贡献份额，为阐明复杂的生物学规律和植物器官的源库关系提供科学数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，填补了用生物物理指标来表征叶片细胞不同物质的转输能力的空白，为定量植物叶片细胞膜的组成结构及功能提供一个模式。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，包括以下步骤：步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；步骤二，选取待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部，带到实验室；步骤三，从新鲜枝条上采集待测叶片，放到蒸馏水中浸泡30分钟；步骤四，吸干叶片表面水，立即将待测叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置不同的夹持力，并联模式同时测定不同夹持力下的植物叶片生理电容、生理电阻、生理阻抗；步骤五，根据植物叶片生理电容计算生理容抗；步骤六，依据植物叶片生理电阻、生理阻抗和生理容抗，计算植物叶片生理感抗；步骤七，构建植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤八，构建植物叶片的生理容抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤九，构建植物叶片的生理感抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤十，依据步骤七模型中的参数，分别获取k型响应生理电阻的介电物质转移数KnR和b型响应生理电阻的介电物质转移数BnR；步骤十一，依据步骤八模型中的参数，分别获取k型响应生理容抗的介电物质转移数KnXC和b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC；步骤十二，依据步骤九模型中的参数，分别获取k型响应生理感抗的介电物质转移数KnXL和b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL；步骤十三，依据k型响应生理电阻的介电物质转移数KnR、k型响应生理容抗的介电物质转移数KnXC和k型响应生理感抗的介电物质转移数KnXL获得k型总介电物质转移数KnT；步骤十四，依据b型响应生理电阻的介电物质转移数BnR、b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC和b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL获得b型总介电物质转移数BnT；步骤十五，依据KnR、KnXC、KnXL以及KnT，分别获得k型响应生理电阻的介电物质转移百分数KPnR、k型响应生理容抗的介电物质转移百分数KPnXC和k型响应生理感抗的介电物质转移百分数KPnXL；步骤十六，依据BnR、BnXC、BnXL和BnT，分别获得b型响应生理电阻的介电物质转移百分数BPnR、b型响应生理容抗的介电物质转移百分数BPnXC和b型响应生理感抗的介电物质转移百分数BPnXL。进一步，所述步骤一中的测定装置包括支架(1)、泡沫板(2)、电极板(3)、导线(4)、铁块(5)、塑料棒(6)及固定夹(7)，支架(1)为矩形框架结构、且一侧开放，支架(1)上端开有通孔，供塑料棒(6)伸入，支架(1)下端朝内一侧及塑料棒(6)底端分别粘有两个泡沫板(2)，泡沫板(2)内镶嵌电极板(3)，两个电极板(3)各自引出一根导线(4)，塑料棒(6)的泡沫板(2)上可放置固定质量的铁块(5)，塑料棒(6)位于支架内部的一端由固定夹(7)进行固定；所述电极板(3)为圆形极板，所述电极板(3)的材质为铜。进一步，所述步骤四中不同的夹持力的设置方法为：通过增加不同质量的铁块，依据重力学公式：F＝(M+m)g计算出夹持力F，式中F为夹持力，单位N；M为铁块质量，m为塑料棒与电极片的质量，kg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；步骤二，选取待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部，带到实验室；步骤三，从新鲜枝条上采集待测叶片，放到蒸馏水中浸泡30分钟；步骤四，吸干叶片表面水，立即将待测叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置不同的夹持力，并联模式同时测定不同夹持力下的植物叶片生理电容、生理电阻、生理阻抗；步骤五，根据植物叶片生理电容计算生理容抗；步骤六，依据植物叶片生理电阻、生理阻抗和生理容抗，计算植物叶片生理感抗；步骤七，构建植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤八，构建植物叶片的生理容抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤九，构建植物叶片的生理感抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤十，依据步骤七模型中的参数，分别获取k型响应生理电阻的介电物质转移数KnR和b型响应生理电阻的介电物质转移数BnR；步骤十一，依据步骤八模型中的参数，分别获取k型响应生理容抗的介电物质转移数KnXC和b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC，KnXC＝lnk2‑lnp0，b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC的方法为：BnXC＝b2；步骤十二，依据步骤九模型中的参数，分别获取k型响应生理感抗的介电物质转移数KnXL和b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL，KnXL＝lnk3‑lnq0，b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL的方法为：BnXL＝b3；步骤十三，依据k型响应生理电阻的介电物质转移数KnR、k型响应生理容抗的介电物质转移数KnXC和k型响应生理感抗的介电物质转移数KnXL获得k型总介电物质转移数KnT，KnT＝KnR+KnXC+KnXL；步骤十四，依据b型响应生理电阻的介电物质转移数BnR、b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC和b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL获得b型总介电物质转移数BnT，BnT＝BnR+BnXC+BnXL；步骤十五，依据KnR、KnXC、KnXL以及KnT，分别获得k型响应生理电阻的介电物质转移百分数KPnR、k型响应生理容抗的介电物质转移百分数KPnXC和k型响应生理感抗的介电物质转移百分数KPnXL，...

【技术特征摘要】
1.一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将测定装置与LCR测试仪连接；步骤二，选取待测植物的新鲜枝条，并包住枝条基部，带到实验室；步骤三，从新鲜枝条上采集待测叶片，放到蒸馏水中浸泡30分钟；步骤四，吸干叶片表面水，立即将待测叶片夹在测定装置平行电极板之间，设置测定电压、频率，通过改变铁块的质量来设置不同的夹持力，并联模式同时测定不同夹持力下的植物叶片生理电容、生理电阻、生理阻抗；步骤五，根据植物叶片生理电容计算生理容抗；步骤六，依据植物叶片生理电阻、生理阻抗和生理容抗，计算植物叶片生理感抗；步骤七，构建植物叶片的生理电阻随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤八，构建植物叶片的生理容抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤九，构建植物叶片的生理感抗随夹持力变化模型，获得模型的各个参数；步骤十，依据步骤七模型中的参数，分别获取k型响应生理电阻的介电物质转移数KnR和b型响应生理电阻的介电物质转移数BnR；步骤十一，依据步骤八模型中的参数，分别获取k型响应生理容抗的介电物质转移数KnXC和b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC，KnXC＝lnk2-lnp0，b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC的方法为：BnXC＝b2；步骤十二，依据步骤九模型中的参数，分别获取k型响应生理感抗的介电物质转移数KnXL和b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL，KnXL＝lnk3-lnq0，b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL的方法为：BnXL＝b3；步骤十三，依据k型响应生理电阻的介电物质转移数KnR、k型响应生理容抗的介电物质转移数KnXC和k型响应生理感抗的介电物质转移数KnXL获得k型总介电物质转移数KnT，KnT＝KnR+KnXC+KnXL；步骤十四，依据b型响应生理电阻的介电物质转移数BnR、b型响应生理容抗的介电物质转移数BnXC和b型响应生理感抗的介电物质转移数BnXL获得b型总介电物质转移数BnT，BnT＝BnR+BnXC+BnXL；步骤十五，依据KnR、KnXC、KnXL以及KnT，分别获得k型响应生理电阻的介电物质转移百分数KPnR、k型响应生理容抗的介电物质转移百分数KPnXC和k型响应生理感抗的介电物质转移百分数KPnXL，单位％；单位％；单位％；步骤十六，依据BnR、BnXC、BnXL和BnT，分别获得b型响应生理电阻的介电物质转移百分数BPnR、b型响应生理容抗的介电物质转移百分数BPnXC和b型响应生理感抗的介电物质转移百分数BPnXL，单位％；单位％；单位％。2.根据权利要求1所述的一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，其特征在于：所述测定装置包括支架(1)、泡沫板(2)、电极板(3)、导线(4)、铁块(5)、塑料棒(6)及固定夹(7)，支架(1)为矩形框架结构、且一侧开放，支架(1)上端开有通孔，供塑料棒(6)伸入，支架(1)下端朝内一侧及塑料棒(6)底端分别粘有两个泡沫板(2)，泡沫板(2)内镶嵌电极板(3)，两个电极板(3)各自引出一根导线(4)，塑料棒(6)的泡沫板(2)上可放置固定质量的铁块(5)，塑料棒(6)位于支架内部的一端由固定夹(7)进行固定。3.根据权利要求2所述的一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，其特征在于：所述电极板(3)为圆形极板，所述电极板(3)的材质为铜。4.根据权利要求1所述的一种测定植物叶片细胞介电物质转移数的方法，其特征在于：所述步骤四中不同的夹持力的设置方法为：通过增加不同质量的铁块，依据重力学公式：F＝(M+m)g计算出夹持力F，式中F为夹持力，单位N；M为铁块质量，m为塑料棒与电极片的质量，kg；g是重力加速度为9.8N/kg。5.根据权利要求1所述的一种测定植物叶片细胞介...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴沿友，吴沿胜，方蕾，吴明开，王瑞，苏跃，王世杰，刘从强，
申请(专利权)人：中国科学院地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：贵州,52